[發(fā)明專利]電主軸熱電冷卻裝置

有效

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• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN109940452B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙詠;范開國;高芮
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q11/12
• 分類號(hào): B23Q11/12
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 王晶

本發(fā)明涉及一種電主軸熱電冷卻裝置，包括導(dǎo)熱套、隔熱套、熱電制冷系統(tǒng)、熱電制冷系統(tǒng)冷卻裝置，所述導(dǎo)熱套安裝在軸承及定子的外圈，導(dǎo)熱套后端面依次設(shè)有熱電制冷系統(tǒng)、熱電制冷片熱端冷卻裝置；所述導(dǎo)熱套將電主軸的軸承及定子產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出，導(dǎo)出的熱量由熱電制冷系統(tǒng)的冷端吸收，熱電制冷系統(tǒng)熱端產(chǎn)生的熱量由熱電制冷片熱端冷卻裝置散熱。為防止導(dǎo)熱套在傳熱過程中將熱量傳遞給電主軸殼體，導(dǎo)致主軸箱熱變形，采用隔熱套隔熱。本發(fā)明與電主軸水冷技術(shù)的顯著區(qū)別在于傳熱介質(zhì)及傳熱機(jī)理的不同，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)熱源的精確制冷，大大提高電主軸的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電主軸冷卻系統(tǒng)，特別是一種電主軸熱電冷卻裝置。

背景技術(shù)

解決高速、高效、高精度工作狀態(tài)下的發(fā)熱是電主軸的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對提高電主軸精度和壽命具有重要意義。電主軸內(nèi)部有兩個(gè)主要熱源：內(nèi)置電機(jī)和主軸軸承，內(nèi)置電機(jī)的發(fā)熱量三分之二由定子產(chǎn)生，三分之一由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生。現(xiàn)有技術(shù)中主要是通過在電主軸殼體內(nèi)加冷卻水或者冷卻油，進(jìn)行不斷地循環(huán)來把熱量帶走。但是，由于電主軸不同內(nèi)熱源的生熱量不同，而且內(nèi)熱源的熱流密度分布不均勻，這就要求制冷系統(tǒng)對不同內(nèi)熱源的冷卻能力必須適當(dāng)，如果吸熱量大于機(jī)床內(nèi)熱源的發(fā)熱量，勢必會(huì)使主軸局部溫度低于環(huán)境溫度，這不僅會(huì)引起局部收縮，而且潮濕空氣會(huì)冷凝在主軸表面而使主軸生銹。加之，流體介質(zhì)冷卻系統(tǒng)的制冷性能受滯流層厚度、污垢熱阻、物性、溫差、流量等諸多因素的影響，降低了制冷系統(tǒng)對電主軸精確制冷的可靠性。因此，提出一種基于固體介質(zhì)的電主軸熱電制冷系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對電主軸的有效冷卻及動(dòng)密封問題，提出了一種電主軸熱電冷卻裝置，可以實(shí)現(xiàn)電主軸內(nèi)熱源的精確制冷，并且解決現(xiàn)有液體冷卻系統(tǒng)的動(dòng)密封問題，大大提高電主軸的精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種電主軸熱電冷卻裝置，包括導(dǎo)熱套、隔熱套、熱電制冷系統(tǒng)、熱電制冷片熱端冷卻裝置，所述導(dǎo)熱套安裝在軸承及定子的外圈，導(dǎo)熱套后端面依次設(shè)有熱電制冷系統(tǒng)、熱電制冷片熱端冷卻裝置；所述導(dǎo)熱套將電主軸的軸承及定子產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出，導(dǎo)出的熱量由熱電制冷系統(tǒng)的冷端吸收，熱電制冷系統(tǒng)熱端產(chǎn)生的熱量由熱電制冷片熱端冷卻裝置散熱。

進(jìn)一步，所述導(dǎo)熱套與電主軸殼體之間采用隔熱套進(jìn)行隔熱，用于防止導(dǎo)熱套導(dǎo)出的熱量傳遞給主軸箱，導(dǎo)致主軸箱熱變形。

進(jìn)一步，所述的隔熱套由隔熱套外圈、隔熱套內(nèi)圈、支撐筋板、端面密封板組成，所述隔熱套外圈與隔熱套內(nèi)圈之間通過支撐筋板固定連接在一起，端面密封板安裝在隔熱套兩端，形成真空隔熱。

進(jìn)一步，所述的導(dǎo)熱套由鋁合金套筒組成，鋁合金套筒將電主軸軸承及定子產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出至熱電制冷系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電主軸內(nèi)熱源的精確制冷。

進(jìn)一步，所述的熱電制冷系統(tǒng)包括熱電制冷片和導(dǎo)熱硅膠，所述熱電制冷片五級(jí)聯(lián)連接，并通過導(dǎo)熱硅膠固定連接在導(dǎo)熱套后端面上，通過熱電制冷片冷端吸收導(dǎo)熱套導(dǎo)出的熱量。

進(jìn)一步，所述的熱電制冷片熱端冷卻裝置包括冷卻風(fēng)扇和連接軸，所述冷卻風(fēng)扇與電主軸的芯軸通過連接軸固定連接，由電主軸高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，通過冷卻風(fēng)扇強(qiáng)制對流實(shí)現(xiàn)熱電制冷片熱端的冷卻。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明是一種以固體材料為制冷介質(zhì)的新型電主軸冷卻方法，與電主軸水冷技術(shù)的顯著區(qū)別在于傳熱介質(zhì)及傳熱機(jī)理的不同，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)熱源的精確制冷，大大提高電主軸的精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電主軸熱電制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為隔熱套結(jié)構(gòu)圖；

圖3為導(dǎo)熱套熱傳導(dǎo)示意圖。

圖中：1-冷卻風(fēng)扇，2-熱電制冷片，3-連接軸，4-隔熱套，5-導(dǎo)熱套，6-電主軸殼體，7-定子，8-轉(zhuǎn)子，9-軸承，10-芯軸，11-端面密封板，12-支撐筋板，13-隔熱套外圈，14-隔熱套內(nèi)圈。